重庆大学课件 第03章 微机接口技术--总线技术1

微机接口技术第三章总线技术3.1总线的一般概念3.2系统总线3.3外部总线目录微机接口技术3.1总线的一般概念总线——就是微型计算机系统之间、模块之间、芯片内部用来传递信息的信号线的集合。3.1总线的概念总线是用来连接各部件的一组通信线，换言之，总线是一种在多于两个模块(设备或子系统)间传送信息的公共通路。为在各模块之间实现信息共享和交换，总线由传送信息的物理介质以及一套管理信息传输的协议所构成。采用总线结构有两个优点：一是各部件可通过总线交换信息，相互之间不必直接连线，减少了传输线的根数，从而提高了微机的可靠性；二是在扩展微机功能时，只需把要扩展的部件接到总线上即可，使功能扩展十分方便。微机接口技术底板微机接口技术常见接口插槽PS2鼠标PS2键盘千兆网10/100M网卡USB并行口MIDI/游戏接口显示器接口13941394a麦克风/音箱/线入接口串行口常见接口插槽微机接口技术1、总线的分类总线按其功能可分为系统总线(内总线)和通信总线(外总线)。内总线指微机系统内部模块或插件板间进行通信联系的总线，如S-100总线、PC总线、STD总线、MULTIBUS等。外总线指把不同微机系统连接起来的通信线路。按信号传输方式，通信线路可分为串行总线和并行总线。串行总线(如RS-232、RS-422等)是按位串行方式传送信息；并行总线(如IEEE-488)的其信息以并行方式同时传送。各种标准总线都在信号系统、电气特性、机械特性及模板结构等多方面做了规范定义。1、分类微机接口技术◆总线标准指芯片之间、扩展卡之间以及系统之间，通过总线进行连接和传输信息时，应该遵守的一些协议与规范。◆接口标准外设接口的规范，涉及接口信号线定义、信号传输速率、传输方向和拓扑结构，以及电气特性和机械特性等多个方面。总线标准微机接口技术微机总线可分为三类：(1)片内总线：又称芯片总线；就是集成电路芯片内部各功能单元的信息通路。例如，CPU芯片中的内部总线，它是ALU寄存器和控制器之间的信息通路。(2)内部总线：又称系统总线或微型计算机总线；用于微机系统内各模块之间的通信，是微型计算机的重要组成部分。插件之间信息传输的通路。常见的有PC/XT总线、EISA总线等。(3)外部总线：又称通信总线，是微机系统之间或微机系统与其他系统之间信息传输的通路。如RS-232C微机总线微机接口技术内部总线一般由三部分组成：(1)数据总线：一般是三态逻辑控制的若干位(如8、16等)数据线宽的双向数据总线，用以实现微处理器、存储器及I/O接口间的数据交换。(2)地址总线：用于微处理器输出地址，以确定存储器单元地址及I/O接口部件地址。一般都是三态逻辑控制的若干位(如16、24等)线宽的单向传送地址总线。内部总线微机接口技术(3)控制总线：用来传送保证计算机同步和协调的定时、控制信号，使微机各部件协调动作，从而保证正确地通过数据总线传送各项信息的操作。其中有些控制信号由微处理器向其他部件输出，如读/写等信号；另一些控制信号则由其他部件输入到微处理器中，如中断请求、复位等信号。控制总线不需用三态逻辑。微机接口技术总线的另一种分类1)按总线功能或信号类型划分为：数据总线：双向三态逻辑，线宽表示了线数据传输的能力。地址总线：单向三态逻辑，线宽决定了系统的寻址能力。控制总线：就某根来说是单向或双向。控制总线最能体现总线特点，决定总线功能的强弱和适应性。微机接口技术2)按总线的层次结构分为：CPU总线：微机系统中速度最快的总线，主要在CPU内部，连接CPU内部部件，在CPU周围的小范围内也分布该总线，提供系统原始的控制和命令。局部总线：在系统总线和CPU总线之间的一级总线，提供CPU和主板器件之间以及CPU到高速外设之间的快速信息通道。系统总线：也称为I/O总线，是传统的通过总线扩展卡连接外部设备的总线。由于速度慢，其功能已经被局部总线替代。通信总线：也称为外部总线，是微机与微机，微机与外设之间进行通信的总线。微机接口技术补充：总线的主要性能参数1．总线频率：MHz表示的工作频率，是总线速率的一个重要参数。2．总线宽度：指数据总线的位数。3．总线的数据传输率总线的数据传输率=(总线宽度/8位)×总线频率例：PCI总线的总线频率为33.3MHz，总线宽度为64位的情况下，总线数据传输率为266MB/s。微机接口技术补充：总线标准的特性1．物理特性:2．功能特性:3．电器特性:4．时间特性:总线物理连接方式(电缆式、蚀刻式），总线根数、插头和插座形状，引脚排列等。描述一组总线中每一根线的功能。定义每根线上信号的传递方向以及有效电平范围。一般定义送入CPU的信号为输入信号，从CPU中送出的信号是输出信号。低电平有效的信号用信号名上一横线或信号名后带#来表示。定义每一根线在什么时候有效，这和总线操作的时序有关。微机接口技术补充：总线操作和总线传送控制一、总线操作的4个阶段1．总线请求和仲裁阶段：主模块向总线仲裁机构提出总线使用申请，总线仲裁机构决定使用总线的主模块。2．寻址阶段：拥有总线使用权的主模块发出本次要访问的从模块的地址及有关命令，该从模块被选中并启动。3．数据传送阶段：主模块和从模块间进行双（单）向数据传送。4．结束阶段：主、从模块均撤出总线。微机接口技术二、总线传送控制1．同步方式优点：1）电路简单2）适合高速设备的数据传输缺点：高速设备和低速设备间只能用低速设备的速度来传输数据主clk从2．半同步方式主clk从wait/readywait/ready信号是单向的，不是互锁的。微机接口技术总线读周期分成两个子周期•寻址子周期•数据传送子周期在两子周期之间，退出总线，从设备准备数据。4．分离方式clkaddressdata主从3．异步方式REQACK•比同步方式慢•总线频带窄•总线传输周期长微机接口技术2、总线的优点（1）简化了软硬件的设计。（2）简化了系统结构。（3）便于系统的扩充。（4）便于系统的更新。2、总线的优点微机接口技术3.2.1IBMPC总线图3.1IBM-PC及XT使用的总线称为PC总线，它是为配置外部I/O适配器和扩充存储器专门设计的一组I/O总线，又称为I/O通道，共有62条引线，全部引到系统板上8个62芯总线的扩展槽J1～J8上，可插入不同功能的插件板，用以扩展系统功能，分为四类电源线8根(±5V、±12V、地线)；数据传送总线8根；地址总线20根；控制总线26根。3.2系统总线3.2系统总线微机接口技术底板PC插槽微机接口技术图3.1PC总线GNDRESETDRV5VIRQ2－5VDRQ2－12VCARDLCTD(8槽)(1～7槽为RESERVED)12VGNDIOWIOR1DACKDRQ10DACKCLOCKIRQ7IRQ6IRQ5T/CALE＋5VOSCGNDB1B10B20B31A1CHCKI/OD7D6D5D4D3D2D1D0I/OCHRDYA10AENA19A18A17A16A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0A31A20DACK2IRQ3IRQ4DRQ33DACKMEMWMEMRPC总线图3.1微机接口技术1.数据总线图3.1D7～D0共8条，是双向数据传送线，为CPU、存储器及I/O设备间提供信息传送通道。2.地址总线A19～A0共20条，用来选定存储器地址或I/O设备地址。当选定I/O设备地址时，A19～A16无效。这些信号一般由CPU产生，也可以由DMA控制器产生。20位地址线允许访问1MB存储空间，16位地址线允许访问64KB的I/O设备空间。1、数据总线微机接口技术734PC插板微机接口技术3.控制总线图3.1控制总线共26条，可大致分为三类。1)纯控制线(21根)ALE：(输出)地址锁存允许，由总线控制器8288提供。ALE有效时，在ALE下降沿锁存来自CPU的地址。目前地址总线有效，可开始执行总线工作周期。IRQ2～IRQ7：(输入)中断请求。IOR：(输出、低电平有效)I/O读命令，由CPU或DMA控制器产生。信号有效时，把选中的I/O设备接口中数据读到数据总线。3、控制总线微机接口技术IOW：(输出、低电平有效)I/O写命令，由CPU或DMA控制器产生，用来控制将数据总线上的数据写到所选中的I/O设备接口中。图3.1MEMR：(输出、低电平有效)存储器读命令，由CPU或DMA控制器产生，用来控制把选中的存储单元数据读到数据总线。MEMW：(输出、低电平有效)存储器写命令，由CPU或DMA控制器产生，把数据总线上的数据写入所选中的存储单元。微机接口技术DRQl～DRQ3：(输入)DMA(直接数据传送)控制器8273A的通道1～3的DMA请求，是由外设接口发出的，DRQl优先级最高。当有DMA请求时，对应的DRQX为高电平，一直保持到相应的DACK为低电平为止。图3.1DACK0～DACK3：(输出、低电平有效)DMA通道0～3的响应信号，由DMA控制器送往外设接口，低电平有效。DACK0用来响应外设的DMA请求或实现动态RAM刷新。微机接口技术AEN：(输出)地址允许信号，由8237A发出，此信号用来切断CPU控制，以允许DMA传送。AEN为高电平有效，此时由DMA控制器8237A来控制地址总线、数据总线以及对存储器和I/O设备的读/写命令线。在制作接口电路中的I/O地址译码器时，必须包括这个控制信号。图3.1T/C：(输出)计数结束，当DMA通道计数结束时，T/C线上出现高电平脉冲。RESETDRV：(输出)系统总清，此信号使系统各部件复位。微机接口技术2)状态线(2根)图3.1I/OCHCK：(输入，低电平有效)I/O通道奇偶校验信号。此信号向CPU提供关于I/O通道上的设备或存储器的奇/偶校验信息。当为低电平时，表示校验有错。I/OCHRDY：(输入)I/O通道准备好，用于延长总线周期。一些速度较慢的设备可通过使I/OCHRDY为低电平，而令CPU或DMA控制器插入等待周期，来达到延长总线的I/O或存储周期。不过此信号时间不宜过长，以免影响DRAM刷新。微机接口技术3)辅助线(3根)图3.1OSC：(输出)晶振信号，其周期为70ns(14.31818Hz)，占空比50%。若将此信号除以4，可得到3.58MHz的设计彩显接口所必须用的控制信号。CLK：(输出)系统时钟信号，由OSC三分频得到，频率为4.77MHz(周期210ns)，占空比为33％。CARDSLCTD：(输出、低电平有效)插件板选中信号，此信号有效时，表示扩展槽J8的扩展板被选中。微机接口技术3.2.3ISA总线ISA(IndustryStandardArchitecture)总线是采用80286CPU的IBM-PC/AT机使用的总线，又称PC/AT总线。将原来8位的IBM-PC总线扩展为16位的AT总线，它保持原来PC/XT总线的62个引脚信号，以便原先的PC/XT适配器板可以插在AT机的插槽上。同时为使数据总线扩展到16位，地址总线扩展到24位，而增加一个延伸的36引脚插槽，其引脚如图3.2所示。3.2.3ISA总线微机接口技术C18外内A1B1A31B31C1D1D182.5410.16138.5图3.1ISA总线插槽示意图工业标准体系结构，在PC总线基础上发展而来，最高工作频率为8MHz，24根地址线，16位数据线，拥有大量接口卡，历经286、386、486和Pentium几代微机。微机接口技术底板PC插槽延伸插槽微机接口技术图3.2ISA总线36线插槽16CSMEMIRQ10IRQ11IRQ12IRQ13IRQ140DACKDRQ05DACKDRQ56DACKDRQ67DACK15VGNDD1D18C1C18LA23LA22LA21LA20LA19LA18LA17MEMRMEMWSD8SD9SD10SD11SD12SD13SD14SD15DRQ716CSI/OMASTERSBHE图3.2微机接口技术733PC插板延伸插板微机接口技术同一槽线的插槽分成62线和36线两段，共计98条引线。新